CN112413112B - 自动变速器换挡控制方法、装置、终端设备及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动变速器换挡控制方法、装置及车辆，所述方法包括将换挡过程惯性相控制分为若干阶段，并确定各阶段的持续时间及所述反映动力端输出转矩变化的过渡曲线部分；其中，所述动力端输出转矩表示用于控制离合器主动端转速的转矩分量，且所述过渡曲线在端点至少满足二阶连续可导；在各阶段的持续时间内，将动力端输出转矩按各阶段所述过渡曲线部分进行过渡。本发明提供的控制方法，通过精确控制换挡过程中动力端对离合器输入扭矩、结合离合器和分离离合器油压，可在设定时间内完成结合离合器主从动端转速平稳同步，实现了变速器按需求输出扭矩，具有整车换挡时间可控、动力端转速过渡平稳、对传动系统冲击小的优点。

Description

自动变速器换挡控制方法、装置、终端设备及车辆

技术领域

本发明涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种自动变速器换挡控制方法、装置、终端设备及车辆。

背景技术

随着汽车技术的发展及成本的降低，自动变速器搭载量越来越大，区别于变速器由驾驶员手动控制进行换挡的方式，自动变速器会根据工况自动完成换挡操作，因而大大降低驾驶员的驾驶强度。然而，何时换挡及如何换挡是自动变速器的两大难点，换挡时机的选择将会影响整车燃油的经济性能和动力响应，而换挡性能则直接决定了驾驶员驾驶体验。针对自动变速器换挡过程控制，目前大多数控制方法仍然采用PID控制+标定的方法，即各种换挡类型均有一套控制参数，但此方法不仅标定过程复杂，尤其对换挡过程惯性相阶段控制，换挡时间难以控制，只能通过大量实车标定实现惯性相的时间控制，过程繁琐、耗时。同时，该方法中由于动力端是从初始扭矩按照直线直接过渡到目标扭矩，因此在换挡过程中对动力端转速同步过程冲击力较大，且目标扭矩也是通过标定和经验给出，缺乏合理的理论依据，进而无法精确控制换挡过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动变速器换挡控制方法及装置，该方法通过精确控制换挡过程中动力端对离合器输入扭矩、结合离合器和分离离合器油压，可在设定时间内完成结合离合器主从动端转速平稳同步，同时实现变速器按照需求输出扭矩，具有整车换挡时间可控、动力端转速过渡平稳及对传动系统的冲击小的优点。

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明某一实施例提供了一种自动变速器换挡控制方法，将换挡过程惯性相控制分为若干阶段，并确定各阶段的持续时间及所述反映动力端输出转矩变化的过渡曲线部分；其中，所述动力端输出转矩表示用于控制离合器主动端转速的转矩分量，且所述过渡曲线在端点至少满足二阶连续可导；

所述换挡控制方法，包括：在各阶段的持续时间内，将动力端输出转矩按各阶段所述过渡曲线部分进行过渡。

在某一个实施例中，所述自动变速器换挡控制方法，将换挡过程惯性相控制分为三个阶段；所述在各阶段的持续时间内，将动力端输出转矩按各阶段所述过渡曲线部分进行过渡，包括：

在第一阶段的持续时间内，根据所述过渡曲线，将所述动力端输出转矩从初始转矩过渡到目标转矩；

在第二阶段的持续时间内，维持所述动力端输出转矩为所述目标转矩，直至离合器主动端转速达到第二阶段结束时的动力端角速度；

在第三阶段的持续时间内，根据所述过渡曲线，将所述动力端输出转矩从所述目标转矩过渡到终止转矩。

在某一个实施例中，所述自动变速器换挡控制方法，还包括：

在最后阶段的持续时间内，在将动力端输出转矩按最后阶段所述过渡曲线部分进行过渡的过程中，当离合器的主动端和从动端转速差小于预设转速差时，将换挡控制切换至自动控制模式，

所述自动控制模式，以离合器的主动端和从动端转速差为反馈信号，进行动力端输出转矩补偿，使离合器的主动端和从动端同步时，动力端输出转矩为最后阶段所述过渡曲线部分的终止转矩。

在某一个实施例中，所述在第一阶段的持续时间内，根据所述过渡曲线，将所述动力端输出转矩从初始转矩过渡到目标转矩，具体为：

在第一阶段的持续时间内，在根据所述过渡曲线将所述动力端输出转矩从初始转矩过渡到目标转矩过程中，当离合器主动端角速度小于离合器从动端角速度时，提高所述动力端输出转矩；

而当离合器主动端角速度大于离合器从动端角速度时，降低所述动力端输出转矩，直至所述动力端输出转矩完成从初始转矩到目标转矩的过渡。

在某一个实施例中，各阶段结束时刻的动力端总输出转矩及动力端角速度，由以下公式确定：

第一阶段：

第二阶段：

第三阶段：

式中，H(t)为基于Bernstein基函数构造的过渡曲线，T_C为常数并表示动力端摩擦转矩，t₁、t₂、t₃分别为各阶段的持续时间，初始转矩为T_d(t)＝T_initial＝I_ina₁；目标转矩为T_d(t)＝T_object＝I_ina₂；终止转矩为T_d(t)＝T_end＝I_ina₃；

w₁为第一阶段开始时的动力端角速度；w₂、w₃、w₄分别为第一阶段、第二阶段、第三阶段结束时的动力端角速度；a₁、a₂、a₃分别为第一阶段、第二阶段、第三阶段结束时的动力端角加速度；i_c1为分离离合器对应档位速比，i_c2为结合离合器对应档位速比；

其中，H(t)表示如下：

式中，

为伯恩斯坦基函数。

在某一个实施例中，所述自动控制模式包括比例微分积分控制、模型预测控制及模糊控制。

在某一个实施例中，还提供一种自动变速器换挡控制装置，包括

过渡模块，用于将换挡过程惯性相控制分为若干阶段，并确定各阶段的持续时间及所述反映动力端输出转矩变化的过渡曲线部分；其中，所述动力端输出转矩表示用于控制离合器主动端转速的转矩分量，且所述过渡曲线在端点至少满足二阶连续可导；所述换挡控制方法，包括：在各阶段的持续时间内，将动力端输出转矩按各阶段所述过渡曲线部分进行过渡。

在某一个实施例中，所述自动变速器换挡控制装置，还包括：

切换模块，用于在最后阶段的持续时间内，在将动力端输出转矩按最后阶段所述过渡曲线部分进行过渡的过程中，当离合器的主动端和从动端转速差小于预设转速差时，将换挡控制切换至自动控制模式；

补偿模块，用于所述自动控制模式，以离合器的主动端和从动端转速差为反馈信号，进行动力端输出转矩补偿，使离合器的主动端和从动端同步时，动力端输出转矩为最后阶段所述过渡曲线部分的终止转矩。

在某一个实施例中，还提供一种终端设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的自动变速器换挡控制方法。

在某一个实施例中，还提供一种车辆，所述车辆包括车辆本体及如上所述的控制装置。

相对于现有技术，本发明实施例通过精确控制换挡过程中动力端对离合器输入扭矩、结合离合器和分离离合器油压，可在设定时间内完成结合离合器主从动端转速平稳同步，同时实现变速器按照需求输出扭矩，具有整车换挡时间可控、动力端转速过渡平稳及对传动系统的冲击小的优点。

附图说明

图1是本发明某一实施例提供的自动变速器换挡控制方法的流程示意图；

图2是本发明某一实施例提供的自动变速器换挡控制方法的子步骤示意图；

图3是本发明某一实施例提供的惯性相各个阶段的控制参数计算流程图；

图4是本发明某一实施例提供的动力降档控制过程的曲线变化图；

图5是本发明又一实施例提供的自动变速器换挡控制方法的流程示意图；

图6是本发明某一实施例提供的惯性相控制的第三阶段中采用PID自动控制的过程示意图；

图7是本发明某一实施例提供的自动变速器换挡控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，本发明某一实施例提供了一种自动变速器换挡控制方法，该方法由步骤S10构成：

S10、在各阶段的持续时间内，将动力端输出转矩按各阶段所述过渡曲线部分进行过渡；其中，在各阶段的持续时间内，将动力端输出转矩按各阶段所述过渡曲线部分进行过渡。

需要说明的是，车辆的行驶过程通常包括充油相、转矩相、惯性相和锁止相等不同的相态，在转速相中，车辆一般以稳定的速度行驶，而转矩相主要用于换挡控制，通过动力端的输出转矩的变化达到目标的终止转矩，以实现降档或升档的目的。

针对动总电气化、混动化的发展趋势，越来越多车型搭载了混动电机，鉴于电机转矩精确可控及可完成正反双向转矩输出，变速器换挡控制可充分利用混动电机优势，通过电机转矩控制，实现换挡过程，尤其是其惯性相阶段动力端输出转矩更方便控制，但是通常来讲，从惯性相的开始到结束时，完成换挡操作的用时非常少，且开始时的动力端输出转矩过渡到设定的终止转矩时，通常是以直线的方式直接完成过渡，实现降档减速，从而给车辆的传动系统造成较大的冲击，影响了离合器、发动机的使用寿命。因此，在本发明实施例中，主要对惯性相阶段进行若干阶段的划分，使得惯性相开始时的动力端输出转矩按照各个阶段，逐步平稳过渡到终止转矩，减小冲击，降低设备的损耗。

本步骤中，所述动力端输出转矩表示用于控制离合器主动端转速的转矩分量，且所述过渡曲线在端点至少满足二阶连续可导；

本实施例将换挡过程惯性相控制分为三个阶段；所述在各阶段的持续时间内，将动力端输出转矩按各阶段所述过渡曲线部分进行过渡，即所述S10还包括以下子步骤，如图2所示：

S101、在第一阶段的持续时间内，根据所述过渡曲线，将所述动力端输出转矩从初始转矩过渡到目标转矩；

S102、在第二阶段的持续时间内，维持所述动力端输出转矩为所述目标转矩，直至离合器主动端转速达到第二阶段结束时的动力端角速度；

S103、在第三阶段的持续时间内，根据所述过渡曲线，将所述动力端输出转矩从所述目标转矩过渡到终止转矩。

本发明实施例，能够在设定时间内完成结合离合器主从动端转速平稳同步，同时实现变速器按照需求输出扭矩，具有整车换挡时间可控、动力端转速过渡平稳及对传动系统的冲击小的优点。

请参阅图3-5，在某一个示例性的实施例中，给出了三个阶段各自根据过渡曲线完成过渡的具体步骤。

步骤一、确定控制过程的参数，如图3所示：

首先，在转速相，结合离合器和分离离合器油压保持不变，则他们传递的摩擦转矩不变，此时的动力端的动力学方程可表示为：

式中，w_in为动力端角速度，I_in为动力端转动惯量，c为动力端阻尼，T_c1和T_c2分别为结合离合器和分离离合器摩擦转矩，T_in为动力端总输出转矩。

因此，动力端总输出转矩可以分为两个部分，即两个分量：

1)第一个分量为T_c，它等于结合离合器和分离离合器传递转矩T_c1与T_c2之和；

2)第二个分量为动力端作用转矩T_d(本发明中称为动力端输出转矩)；用于动力端转速控制。忽略动力端阻尼，为了让动力端转速按照设计的角加速度与结合离合器从动端转速同步，则动力端总输出转矩满足：

T_d+T_c＝I_ina+T_c (2)

由于，惯性相阶段，整车需求转矩随油门信号变化，对应动力端输出转矩分量T_c根据整车需求转矩适时调整，通过实时调制结合离合器和分离离合器油压控制离合器传递转矩T_c1、T_c2，满足T_c＝T_c1+T_c2。若在变速器换挡过程中整车需求转矩T_c保持不变，则可维持惯性相离合器油压不变。

由公式(2)可以知道，只要计算出各阶段动力端角加速度，就可以得到各阶段动力端输出转矩，接下来的主要工作在于计算三个阶段动力端角加速度a₁、a₂、a₃；

为了保证动力端转速平稳过渡，设计动力端输出转矩分量T_d满足至少二阶连续，在本实施例中，以Bernstein基函数构造二阶连续的过渡曲线H(t)为例进行说明，构造的过渡曲线函数表达式为：

式(3)满足三阶连续，在端点满足二阶连续。

设惯性相开始阶段，a₁、a₂、a₃分别为第一阶段、第二阶段、第三阶段结束时的动力端角加速度，其中，a₁和a₃这两个值为已知量，a₂需要求解；

根据转矩等于转动惯量和角加速度的乘积可知：

第一阶段，动力端输出转矩，即初始转矩为T_d(t)＝T_initial＝I_ina₁；

第二阶段，动力端输出转矩，即目标转矩为T_d(t)＝T_object＝I_ina₂；

第三阶段，动力端输出转矩，即终止转矩为T_d(t)＝T_end＝I_ina₃；

其中，第一阶段，输出转矩从初始值T_initial按照曲线H(t)过渡到目标转矩T_object，过渡时间为t₁，则动力端输出转矩分量T_d(t)可表示为：

从式(4)可知，动力端从角加速度从a₁平稳过渡到a₂，对式(4)积分，得到在第一阶段结束时的动力端角速度w₂为：

其中，w₁为惯性相第一阶段开始时的动力端角速度为已知量。

第二阶段，保持动力端输出转矩T_d不变，持续时间为t₂；动力端以恒定角加速度a₂作用，此时满足：

T_d(t)＝T_object＝I_ina₂ t∈[t₁,t₁+t₂](6)

对式(6)积分后得到第二阶段结束时的动力端角速度w₃，可表示为：

第三阶段，动力端输出转矩T_d从目标转矩T_object按照曲线H(t)过渡到终止转矩T_end；持续时间t₃。则动力端输出转矩可表示为：

对式(8)积分后得到第三阶段结束时的动力端角速度w₄，可表示为：

式(9)中包括变量有a₁、a₂、a₃、t₁、t₂、t₃、w₁、w₄，其中t₁、t₂、t₃、a₂、w₄未知，确定过程如附图3所示：

(A)设定惯性相阶段总持续时间T＝t₁+t₂+t₃，假设第一阶段占比5％，第二阶段占比80％，第三阶段占比15％，满足t₁＝0.05T、t₂＝0.8T、t₃＝0.15T。

(B)惯性相结束时动力端转速w₄预测。第三阶段结束时，动力端角速度w₄与结合离合器的从动端角速度相等。假设惯性相阶段整车加速度不变，则分离离合器、结合离合器从动端转速与车速正相关，满足：

式中，i_c1为分离离合器对应档位速比，i_c2为结合离合器对应档位速比。

(C)把t₁、t₂、t₃、w₄代入式(9)，计算得到惯性相第二阶段的动力端角加速度a₂；

根据式(6)得到目标转矩T_d(t)＝T_object＝I_ina₂；

根据式(5)得到惯性相第一阶段结束时的动力端角速度w₂；

根据式(7)得到惯性相第二阶段结束时的动力端角速度w₃。

通过步骤一，得到了惯性相控制三个阶段控制变量的理论值：目标转矩T_object，三个阶段的持续时间t₁、t₂、t₃，三个阶段结束时的动力端角速度w₂、w₃、w₄，且初始转矩T_initial和终止转矩T_end已知。

步骤二、各阶段的转档控制，如图4所示，以实现降档过程为例：

第一阶段，在时间0～t₁范围内，动力端输出转矩T_d从初始转矩T_initial按照曲线H(t)过渡到目标转矩T_object；此时，动力端总输出转矩T_in可表示为：

T_in(t)＝T_c+(1-H(t/t₁))·T_initial+H(t/t₁)·T_object t∈[0,t₁] (11)

第二阶段，在时间t₁～t₁+t₂范围内，动力端输出转矩T_d维持T_object，直到动力端转速达到w₃时，控制换挡过程进入第三阶段；其中，在第二阶段动力端总输出转矩T_in可表示为：

T_in(t)＝T_c+T_object t∈[t₁,t₁+t₂] (12)

第三阶段，在时间t₁+t₂～T范围内，动力端输出转矩T_d从目标转矩T_object按照曲线H(t)过渡到终止转矩T_end，在第三阶段动力端总输出转矩T_in可表示为：

T_in(t)＝T_c+(1-H(t/t₁))·T_object+H(t/t₁)·T_end t∈[t₁+t₂,T] (13)

根据公式(11)、(12)、(13)，就可以实现动力端输出转矩从初始转矩平稳过渡到终止转矩。

在某一个示例性的实施例中，为了平稳过渡，同时要考虑离合器主动端角速度与离合器从动端角速度的关系：

在第一阶段的持续时间内，在根据所述过渡曲线将所述动力端输出转矩从初始转矩过渡到目标转矩过程中，当离合器主动端角速度小于离合器从动端角速度时，提高所述动力端输出转矩；

而当离合器主动端角速度大于离合器从动端角速度时，降低所述动力端输出转矩，直至所述动力端输出转矩完成从初始转矩到目标转矩的过渡。

请参阅图5-6，在某一个示例性的实施例中，所述自动变速器换挡控制方法，还包括：

在最后阶段的持续时间内，在将动力端输出转矩按最后阶段所述过渡曲线部分进行过渡的过程中，当离合器的主动端和从动端转速差小于预设转速差时，将换挡控制切换至自动控制模式，

所述自动控制模式，以离合器的主动端和从动端转速差为反馈信号，进行动力端输出转矩补偿，使离合器的主动端和从动端同步时，动力端输出转矩为最后阶段所述过渡曲线部分的终止转矩。

需要说明的是，在前面的实施例中，通过步骤一和二实现惯性相换挡控制是基于惯性相阶段整车加速度恒定、动力端输出转矩精确等假设条件，从理论上给出了惯性相阶段动力端输出转矩，但是这与整车实际情况有较大差异，造成在第三阶段控制过程中，结合离合器的主从动端转速已经同步，但动力端输出转矩T_d没有达到终止转矩T_end，从而产生换挡冲击；或者结合离合器主从动端转速尚未同步但动力端输出转矩分量T_d已经达到终止转矩T_end，则惯性相阶段将延长，结合离合器滑摩做功增加，不利于离合器散热等。

因此，为了解决这个问题，在第三阶段中引入了自动控制方法，如比例积分微分控制(PID控制)、模型预测控制及模糊控制等，具体采用何种自动控制方法，可根据实际所需进行选择，本发明不作进一步限制。

其中，PID控制指的是，根据给定值和实际输出值构成控制偏差，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。常规PID控制器作为一种线性控制器。

模型预测控制，也叫MPC控制，这是一类特殊的控制。它的当前控制动作是在每一个采样瞬间通过求解一个有限时域开环最优控制问题而获得。过程的当前状态作为最优控制问题的初始状态，解得的最优控制序列只实施第一个控制作用。这是它与那些使用预先计算控制律的算法的最大不同。本质上模型预测控制求解一个开环最优控制问题。它的思想与具体的模型无关，但是实现则与模型有关。

模糊逻辑控制(Fuzzy Logic Control)简称模糊控制(Fuzzy Control)，是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术，模糊控制实质上是一种非线性控制，对于复杂的系统，变量太多，往往用此方法进行描述。

步骤三、自动控制实现过程：

在此，以PID控制为例，以结合离合器主从端转速差为反馈信号，通过调节PID控制参数，输出动力端输出转矩的修正量ΔT_d，动力端输出转矩T_d表示为：

T_d(t)＝ΔT_d+T_end(14)

式(14)保证了当结合离合器主从动端同步时，动力端输出转矩T_d＝T_end，从而对整车的换挡冲击，当结合离合器的主从动端转速同步时，换挡过程的惯性相控制结束。

请参阅图7，在某一个示例性的实施例中，还提供一种自动变速器换挡控制装置，包括：

过渡模块01，用于将换挡过程惯性相控制分为若干阶段，并确定各阶段的持续时间及所述反映动力端输出转矩变化的过渡曲线部分；其中，所述动力端输出转矩表示用于控制离合器主动端转速的转矩分量，且所述过渡曲线在端点至少满足二阶连续可导；所述换挡控制方法，包括在各阶段的持续时间内，将动力端输出转矩按各阶段所述过渡曲线部分进行过渡。

其中，将换挡过程惯性相控制分为三个阶段；所述在各阶段的持续时间内，将动力端输出转矩按各阶段所述过渡曲线部分进行过渡，包括：

在第一阶段的持续时间内，根据所述过渡曲线，将所述动力端输出转矩从初始转矩过渡到目标转矩；

在第二阶段的持续时间内，维持所述动力端输出转矩为所述目标转矩，直至离合器主动端转速达到目标转速；

在第三阶段的持续时间内，根据所述过渡曲线，将所述动力端输出转矩从所述目标转矩过渡到终止转矩。

需要说明的是，过渡模块01主要用于执行步骤一和步骤二，包括：

步骤一、确定控制过程的参数：

步骤一、确定控制过程的参数，如图3所示：

首先，在转速相，结合离合器和分离离合器油压保持不变，则他们传递的摩擦转矩不变，此时的动力端的动力学方程可表示为：

式中，w_in为动力端角速度，I_in为动力端转动惯量，c为动力端阻尼，T_c1和T_c2分别为结合离合器和分离离合器摩擦转矩，T_in为动力端总输出转矩。

因此，动力端总输出转矩可以分为两个部分，即两个分量：

1)第一个分量为T_c，它等于结合离合器和分离离合器传递转矩T_c1与T_c2之和；

2)第二个分量为动力端作用转矩T_d(本发明中称为动力端输出转矩)；用于动力端转速控制。忽略动力端阻尼，为了让动力端转速按照设计的角加速度与结合离合器从动端转速同步，则动力端总输出转矩满足：

T_d+T_c＝I_ina+T_c (16)

由于，惯性相阶段，整车需求转矩随油门信号变化，对应动力端输出转矩分量T_c根据整车需求转矩适时调整，通过实时调制结合离合器和分离离合器油压控制离合器传递转矩T_c1、T_c2，满足T_c＝T_c1+T_c2。若在变速器换挡过程中整车需求转矩T_c保持不变，则可维持惯性相离合器油压不变。

由公式(16)可以知道，只要计算出各阶段动力端角加速度，就可以得到各阶段动力端输出转矩，接下来的主要工作在于计算三个阶段动力端角加速度a₁、a₂、a₃；

为了保证动力端转速平稳过渡，设计动力端输出转矩分量T_d满足至少二阶连续，在本实施例中，以Bernstein基函数构造二阶连续的过渡曲线H(t)为例进行说明，构造的过渡曲线函数表达式为：

式(17)满足三阶连续，在端点满足二阶连续。

设惯性相开始阶段，a₁、a₂、a₃分别为第一阶段、第二阶段、第三阶段结束时的动力端角加速度，其中，a₁和a₃这两个值为已知量，a₂需要求解；

根据转矩等于转动惯量和角加速度的乘积可知：

第一阶段，动力端输出转矩，即初始转矩为T_d(t)＝T_initial＝I_ina₁；

第二阶段，动力端输出转矩，即目标转矩为T_d(t)＝T_object＝I_ina₂；

第三阶段，动力端输出转矩，即终止转矩为T_d(t)＝T_end＝I_ina₃；

其中，第一阶段，输出转矩从初始值T_initial按照曲线H(t)过渡到目标转矩T_object，过渡时间为t₁，则动力端输出转矩分量T_d(t)可表示为：

从式(18)可知，动力端从角加速度从a₁平稳过渡到a₂，对式(18)积分，得到在第一阶段结束时的动力端角速度w₂为：

其中，w₁为惯性相第一阶段开始时的动力端角速度为已知量。

第二阶段，保持动力端输出转矩T_d不变，持续时间为t₂；动力端以恒定角加速度a₂作用，此时满足：

T_d(t)＝T_object＝I_ina₂ t∈[t₁,t₁+t₂] (20)

对式(20)积分后得到第二阶段结束时的动力端角速度w₃，可表示为：

第三阶段，动力端输出转矩T_d从目标转矩T_object按照曲线H(t)过渡到终止转矩T_end；持续时间t₃。则动力端输出转矩可表示为：

对式(22)积分后得到第三阶段结束时的动力端角速度w₄，可表示为：

式(23)中包括变量有a₁、a₂、a₃、t₁、t₂、t₃、w₁、w₄，其中t₁、t₂、t₃、a₂、w₄未知，确定过程如附图3所示：

(B)设定惯性相阶段总持续时间T＝t₁+t₂+t₃，假设第一阶段占比5％，第二阶段占比80％，第三阶段占比15％，满足t₁＝0.05T、t₂＝0.8T、t₃＝0.15T。

(B)惯性相结束时动力端转速w₄预测。第三阶段结束时，动力端角速度w₄与结合离合器的从动端角速度相等。假设惯性相阶段整车加速度不变，则分离离合器、结合离合器从动端转速与车速正相关，满足：

式中，i_c1为分离离合器对应档位速比，i_c2为结合离合器对应档位速比。

(C)把t₁、t₂、t₃、w₄代入式(23)，计算得到惯性相第二阶段的动力端角加速度a₂；

根据式(20)得到目标转矩T_d(t)＝T_object＝I_ina₂；

根据式(19)得到惯性相第一阶段结束时的动力端角速度w₂；

根据式(21)得到惯性相第二阶段结束时的动力端角速度w₃。

通过步骤一，得到了惯性相控制三个阶段控制变量的理论值：目标转矩T_object，三个阶段的持续时间t₁、t₂、t₃，三个阶段结束时的动力端角速度w₂、w₃、w₄，且初始转矩T_initial和终止转矩T_end已知。

步骤二、各阶段的转档控制，如图4所示，以实现降档过程为例：

第一阶段，在时间0～t₁范围内，动力端输出转矩T_d从初始转矩T_initial按照曲线H(t)过渡到目标转矩T_object；此时，动力端总输出转矩T_in可表示为：

T_in(t)＝T_c+(1-H(t/t₁))·T_initial+H(t/t₁)·T_object t∈[0,t₁](25)

第二阶段，在时间t₁～t₁+t₂范围内，动力端输出转矩T_d维持T_object，直到动力端转速达到w₃时，控制换挡过程进入第三阶段；其中，在第二阶段动力端总输出转矩T_in可表示为：

T_in(t)＝T_c+T_object t∈[t₁,t₁+t₂] (26)

第三阶段，在时间t₁+t₂～T范围内，动力端输出转矩T_d从目标转矩T_object按照曲线H(t)过渡到终止转矩T_end，在第三阶段动力端总输出转矩T_in可表示为：

T_in(t)＝T_c+(1-H(t/t₁))·T_object+H(t/t₁)·T_end t∈[t₁+t₂,T] (27)

根据公式(25)、(26)、(27)，就可以实现动力端输出转矩从初始转矩平稳过渡到终止转矩。

在某一个示例性的实施例中，所述自动变速器换挡控制装置，还包括：

切换模块02，用于在最后阶段的持续时间内，在将动力端输出转矩按最后阶段所述过渡曲线部分进行过渡的过程中，当离合器的主动端和从动端转速差小于预设转速差时，将换挡控制切换至自动控制模式；

补偿模块03，用于所述自动控制模式，以离合器的主动端和从动端转速差为反馈信号，进行动力端输出转矩补偿，使离合器的主动端和从动端同步时，动力端输出转矩为最后阶段所述过渡曲线部分的终止转矩。

其中，切换模块02主要用于执行控制模式的切换操作，当离合器的主动端和从动端转速差小于预设转速差时，将换挡控制切换至自动控制模式；补偿模块03主要用于执行步骤三，自动控制实现过程：

在此，以PID控制为例，以结合离合器主从端转速差为反馈信号，通过调节PID控制参数，输出动力端输出转矩的修正量ΔT_d，动力端输出转矩T_d表示为：

T_d(t)＝ΔT_d+T_end(28)

式(28)保证了当结合离合器主从动端同步时，动力端输出转矩T_d＝T_end，从而对整车的换挡冲击，当结合离合器的主从动端转速同步时，换挡过程的惯性相控制结束。

在某一个示例性的实施例中，还提供了一种终端设备，包括：一个或多个处理器；存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的自动变速器换挡控制方法。

处理器用于控制该计算机终端设备的整体操作，以完成上述的全自动用电量预测方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该计算机终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该计算机终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific1ntegrated Circuit，简称AS1C)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device,简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行如上述任一项实施例所述的自动变速器换挡控制方法，并达到如上述方法一致的技术效果。

在某一个示例性的实施例中，还提供了一种车辆，所述车辆包括车辆本体及如上任一项所述的自动变速器换挡控制装置。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种自动变速器换挡控制方法，其特征在于，将换挡过程惯性相控制分为若干阶段，并确定各阶段的持续时间及反映动力端输出转矩变化的过渡曲线部分；其中，所述动力端输出转矩表示用于控制离合器主动端转速的转矩分量，且所述过渡曲线在端点至少满足二阶连续可导；

所述换挡控制方法，包括：

在各阶段的持续时间内，将动力端输出转矩按各阶段所述过渡曲线部分进行过渡；

将换挡过程惯性相控制分为三个阶段；所述在各阶段的持续时间内，将动力端输出转矩按各阶段所述过渡曲线部分进行过渡，包括：在第一阶段的持续时间内，根据所述过渡曲线，将所述动力端输出转矩从初始转矩过渡到目标转矩；在第二阶段的持续时间内，维持所述动力端输出转矩为所述目标转矩，直至离合器主动端转速达到第二阶段结束时的动力端角速度；在第三阶段的持续时间内，根据所述过渡曲线，将所述动力端输出转矩从所述目标转矩过渡到终止转矩；

各阶段结束时刻的动力端总输出转矩及动力端角速度，由以下公式确定：

第一阶段：

第二阶段：

第三阶段：

式中，H(t)为基于Bernstein基函数构造的过渡曲线，T_C为常数并表示动力端摩擦转矩，t₁、t₂、t₃分别为各阶段的持续时间，初始转矩为T_d(t)＝T_initial＝I_ina₁；目标转矩为T_d(t)＝T_object＝I_ina₂；终止转矩为T_d(t)＝T_end＝I_ina₃；

w₁为第一阶段开始时的动力端角速度；w₂、w₃、w₄分别为第一阶段、第二阶段、第三阶段结束时的动力端角速度；a₁、a₂、a₃分别为第一阶段、第二阶段、第三阶段结束时的动力端角加速度；i_c1为分离离合器对应档位速比，i_c2为结合离合器对应档位速比；

其中，H(t)表示如下：

式中，

为伯恩斯坦基函数。

2.根据权利要求1所述的自动变速器换挡控制方法，其特征在于，还包括：

在最后阶段的持续时间内，在将动力端输出转矩按最后阶段所述过渡曲线部分进行过渡的过程中，当离合器的主动端和从动端转速差小于预设转速差时，将换挡控制切换至自动控制模式，

所述自动控制模式，以离合器的主动端和从动端转速差为反馈信号，进行动力端输出转矩补偿，使离合器的主动端和从动端同步时，动力端输出转矩为最后阶段所述过渡曲线部分的终止转矩。

3.根据权利要求1所述的自动变速器换挡控制方法，其特征在于，所述在第一阶段的持续时间内，根据所述过渡曲线，将所述动力端输出转矩从初始转矩过渡到目标转矩，具体为：

在第一阶段的持续时间内，在根据所述过渡曲线将所述动力端输出转矩从初始转矩过渡到目标转矩过程中，当离合器主动端角速度小于离合器从动端角速度时，提高所述动力端输出转矩；

而当离合器主动端角速度大于离合器从动端角速度时，降低所述动力端输出转矩，直至所述动力端输出转矩完成从初始转矩到目标转矩的过渡。

4.根据权利要求2所述的自动变速器换挡控制方法，其特征在于，所述自动控制模式包括比例微分积分控制、模型预测控制及模糊控制。

5.一种自动变速器换挡控制装置，其特征在于，包括

过渡模块，用于将换挡过程惯性相控制分为若干阶段，并确定各阶段的持续时间及反映动力端输出转矩变化的过渡曲线部分；其中，所述动力端输出转矩表示用于控制离合器主动端转速的转矩分量，且所述过渡曲线在端点至少满足二阶连续可导；所述换挡控制方法，包括：在各阶段的持续时间内，将动力端输出转矩按各阶段所述过渡曲线部分进行过渡；

其中，将换挡过程惯性相控制分为三个阶段；所述在各阶段的持续时间内，将动力端输出转矩按各阶段所述过渡曲线部分进行过渡，包括：在第一阶段的持续时间内，根据所述过渡曲线，将所述动力端输出转矩从初始转矩过渡到目标转矩；在第二阶段的持续时间内，维持所述动力端输出转矩为所述目标转矩，直至离合器主动端转速达到目标转速；在第三阶段的持续时间内，根据所述过渡曲线，将所述动力端输出转矩从所述目标转矩过渡到终止转矩；

各阶段结束时刻的动力端总输出转矩及动力端角速度，由以下公式确定：

第一阶段：

第二阶段：

第三阶段：

式中，H(t)为基于Bernstein基函数构造的过渡曲线，T_C为常数并表示动力端摩擦转矩，t₁、t₂、t₃分别为各阶段的持续时间，初始转矩为T_d(t)＝T_initial＝I_ina₁；目标转矩为T_d(t)＝T_object＝I_ina₂；终止转矩为T_d(t)＝T_end＝I_ina₃；

w₁为第一阶段开始时的动力端角速度；w₂、w₃、w₄分别为第一阶段、第二阶段、第三阶段结束时的动力端角速度；a₁、a₂、a₃分别为第一阶段、第二阶段、第三阶段结束时的动力端角加速度；i_c1为分离离合器对应档位速比，i_c2为结合离合器对应档位速比；

其中，H(t)表示如下：

式中，

为伯恩斯坦基函数。

6.根据权利要求5所述的自动变速器换挡控制装置，其特征在于，还包括：

切换模块，用于在最后阶段的持续时间内，在将动力端输出转矩按最后阶段所述过渡曲线部分进行过渡的过程中，当离合器的主动端和从动端转速差小于预设转速差时，将换挡控制切换至自动控制模式；

补偿模块，用于所述自动控制模式，以离合器的主动端和从动端转速差为反馈信号，进行动力端输出转矩补偿，使离合器的主动端和从动端同步时，动力端输出转矩为最后阶段所述过渡曲线部分的终止转矩。

7.一种终端设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-4任一项所述的自动变速器换挡控制方法。

8.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括车辆本体及如权利要求5-6任一项所述的控制装置。

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